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Go语言很无聊…其实它妙不可言![译]

 1 year ago
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无聊是一种很奇妙的状态,它可以稀释掉人类的一切情感。- 《古董局中局》马伯庸

GopherCon 2020技术大会上(线上虚拟大会),Jon Bodner为全球gopher们做了主题为“Go Is Boring”的精彩演讲(关注公众号iamtonybai,发送gophercon2020即可得到GopherCon 2020技术大会幻灯片资料)。

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其实早在2020年6月,Jon Bodner就发表过类似主题的文章《Go is Boring…And That’s Fantastic!》。其副标题为:深入探究世界为何依赖简单,可靠且易于理解的技术。本文将在这篇文章的基础上,结合演讲内容做综合翻译与整理,为大家呈现Jon Bodner这个资深程序员对Go语言哲学的理解。

1. 大多编程语言都在堆砌新功能特性

我从事专业软件工程师已有将近23年的时间,而我编写程序的时间也已有38年了。在这个过程中,我使用过很多编程语言。我喜欢编程语言,并且了解它们的新功能特性以及与之前的语言相比所进行的改动。

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如果看一下过去十年的编程语言,您会发现很多变化。C++,Java,Python和JavaScript增加了许多新功能,而一些新编程语言,诸如Rust和Swift等自诞生以来也发生了显著的变化。这一切都非常令人兴奋,但同时也会让你产生一种感觉:有时候,您永远无法跟上这些语言的所有想法。

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图:C到C++,再到更复杂的C++

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图:Java到Java2,再到更复杂的Java3?

JavaScript、Python、Rust、Swift、… …

2. Go没有这么多功能特性

接下来轮到Go了!考量Go的最好方法是思考它没有的功能特性:

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  • Go没有虚拟机或基于LLVM的编译器;
  • Go没有异常(exception);
  • Go没有用户定义的实现继承;
  • Go不支持重载函数、方法或运算符;
  • Go没有不变量;
  • Go没有枚举;
  • Go没有泛型
  • 自2012年Go 1.0发布以来,Go并未添加任何主要功能特性。

Go令人兴奋的一件事是通过goroutine,channel和select原生支持并发。但是,它基于CSP的思想,即Communicating Sequential Processes, 要知道,这可是一个早在1978年就被提出的思想。

这听起来不像是21世纪的编程语言,对吗?

然而,根据Stack Overflow的说法,Go是第三名程序员最想要学习的语言,而且(也许并非巧合)也是第三名最高薪的语言。硅谷的每个创业公司都在使用Go来构建其基础架构。Go语言编写了Docker,Kubernetes,etcd,Terraform,Vault,Consul,Traefik和许多其他前沿项目。那么问题来了?为什么每个人都对这种无聊的语言感兴趣呢?

3. 为什么每个人都对这种无聊的语言感兴趣呢?

在回答这个问题之前,让我们先退一步。

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这是希腊Argolis的Arkadiko桥,它是世界上最古老的桥梁,至今已有3000多年的历史。令人惊讶的是,它仍在使用中。

现在,我们为什么要关心一座古老的桥呢?这是因为软件开发有一个普遍的、但软件工程师们却不喜欢过多谈论的真理:

我们真的不擅长编写软件

我指的不仅仅是办公室里的那个人,你的经理在紧要关头派他去减少bug的数量。我指的是每个人–我,你,还有你能想到的所有著名的开发者。

但那些设计和建造桥梁的人,他们很擅长建桥。桥梁能按时、按预算建成,并能持续服务几十、几百、甚至几千年。造桥,如果你仔细想想,还真有点厉害。而桥梁是这样一种常见的现象,它们也是非常无聊的。当一座桥正常工作的时候,没有人惊奇,而当软件正常工作的时候,大家都有点惊奇。

不幸的是,这个世界非常依赖软件。它对软件的依赖甚至可能比对桥梁的依赖更甚。所以,我们必须以比造桥更快的速度更好地编写软件。

4. 这些年我们对编写软件的了解

在过去的60年中,我们在编写程序方面已经学到了一些东西,其中有很多普遍的共识:

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  • 早发现问题比晚发现问题要好。
  • 人们在管理程序的内存方面很糟糕。
  • 代码评审有助于发现bug。
  • 在任何一个超过一个人的项目中,沟通成本占主导地位。

5. 硬件也不能拯救我们

我们可以把这几件我们知道的事情和另一个已经确定下来的事实结合起来:电脑的速度不再快了。至少不像以前那样了。在20世纪80年代和90年代,CPU每1-2年就会快一倍。但现在情况变了。

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当你看单核性能时,2019年最快的酷睿i9的速度不到2011年最快的酷睿i7的两倍。我们没有变得更快,而是给CPU增加了更多的核心。当你看多核性能时,它更好一些,略微快了2倍多。

限制我们的不仅仅是CPU性能。Forrest Smith写了一篇关于RAM和RAM访问模式对性能影响的精彩博文。其要点如下:

  • RAM比CPU要慢得多,而且差距并没有得到改善,尽管CPU的速度并没有变快多少。

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  • RAM可能是随机访问,但如果你真的这样使用,它的速度很慢。在现代英特尔CPU上,如果数据是顺序的,你可以每秒从RAM中读取40千兆字节左右。如果你进行随机读取,每秒不到半GB。

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  • 有很多指针的代码特别慢。引用Forrest的话。“按顺序将指针后面的值相加的速度低于1GB/秒。随机访问,两次错过缓存,运行速度只有0.1 GB/s。指针追逐的速度要慢10到20倍”。

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6. 无聊带来新的惊喜,我们再来看看Go

鉴于我们知道的这些关于如何构建软件的几个宝贵的东西和我们现有的硬件状况,我们再来重新审视一下Go语言。

1) Go和软件

  • 尽早发现问题

Go语言可能缺乏功能特性,但它却有一套很棒的工具。Go的编译器速度很快,这种快速的编译速度被Go团队认为是一个特点。它可以让你快速查看你的代码是否能编译,如果不能,它可以让你看到问题所在。测试被内置在标准库中,以鼓励开发者测试他们的代码并发现问题。基准测试(benchmark)剖析(profiling)和竞态检查(-race)也是开箱即用的。很少有语言能提供这些工具,它们能让你更容易快速地发现问题。

众所周知,Go有一个垃圾收集器。你不用担心跟踪内存,这是一件很奇妙的事情。在编译语言中,垃圾回收是很罕见的。Rust的borrow checker是获得高性能和内存管理的一个迷人的方法,但它实际上把开发者变成了垃圾收集器,这可能很难正确使用;如果你犯了错误,忘记将一些引用声明为弱引用,Swift的ARC仍然会泄漏内存。现在,Go的GC的性能不如这些半自动系统,有些情况下,你需要额外的速度,但在大多数情况下,它肯定是足够的。

如果代码评审做得好,代码评审就很重要。为了进行有效的代码评审,你需要确保评审人员专注于正确的事情。低质量的代码评审会把时间花在格式化等事情上。Go在这里提供了很大帮助,因为在评审Go代码时没有有关代码格式的争论,因为所有的Go代码都是按照go fmt的标准代码格式进行格式化。

而代码评审是一个双向的过程。如果你想评审的效果好,你需要确保其他人能够理解你的代码。Go程序应该是简单的,使用一些很好理解的结构,这些结构自语言发布以来就没有改变过。因为没有异常(exception),没有面向方面的编程(AOP),没有继承和方法重写(override),也没有重载(overloading),所以很清楚什么代码在调用什么,在哪里返回值。如果你在Go中减少包级变量的使用,那就很容易看到数据到底是如何被修改的。由于Go的变化很小,你可以避免熔岩流反模式,你可以根据代码中使用的语法特性被引入到Go中的时间点来判断它到底有多老。

Go是如何帮助解决这个问题的呢?我们已经讨论过Go的简单性、稳定性和标准格式化如何让你更容易地传达你的代码正在做什么。虽然这只是其中的一部分,但还有其他的东西。Go的隐式接口帮助团队编写解耦的代码。它们由调用代码定义,以准确描述需要什么功能,这就明确了你的代码在做什么。

2) Go和硬件

让Go成为编译语言的决定得到了回报。当CPU每天都在变快时,在虚拟机(译注:这里所谓的虚拟机是指动态语言的解释器或像jvm之类的字节码运行程序)中运行的解释语言似乎是个好主意。如果你的程序不够快,只要再等一年就可以了。但现在这已经行不通了。编译成原生代码比最新的虚拟机技巧少了很多乐趣,但它能带来很大的性能优势。

让我们用The Benchmark Game的微基准来比较Go与一些在虚拟机中运行的语言的性能。首先我们来看看Python和Ruby与Go的比较。任何小于100%的百分比都意味着比Go快,大于100%意味着慢:

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这里有很多红色(意味着比Go慢的测试)。有一个基准测试是Python更快 (奇怪的是,它不仅是Go的两倍,而且在这个测试中比其他所有语言都快),而Ruby则没有一个测试比Go快。除了那一个情况,这两种语言产生的代码都比Go慢了17%到60多倍。

现在让我们再看看Java和JavaScript与Go的比较:

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这两门语言与Go的性能更为接近。JavaScript在一个基准上比Go快,在其他基准上比Go慢,但JavaScript最坏的情况是比Go慢了三倍左右。

Java和Go的性能相当接近。Java在四种情况下比Go快,在两种情况下差不多,在四种情况下比Go慢。Go做的最差的情况是比Java慢三倍左右,Go做的最好的情况是比Java快50%左右。

我们看到的是,唯一能跟上Go的虚拟机是Java的。Hotspot是令人惊异的技术,但你需要一个世界上最好的工程软件,才能与一个优先考虑编译速度而非优化的编译器达到平衡,这说明了一些问题。而且你要为这种惊人的技术付出代价。Java应用程序的内存使用量要比Go应用程序大出很多很多倍。

还有第二个优势。垃圾收集器管理的垃圾都是不使用的指针。与隐藏指针的语言不同,Go给了你控制权。它让你避开指针,并以一种允许快速访问RAM的方式布局你的数据结构。这也让Go可以使用更简单的垃圾收集器,因为Go程序只是简单地制造更少的垃圾。枯燥无味的工作就是少了。

而我们都知道,CPU正在用更多的内核来弥补速度提升的不足。所以,使用一种能够利用这一点的语言是很好的。这就是Go内置并发支持的目的。有了对并发的语言级支持和一个在多个线程中调度goroutine的运行时库,意味着当你有多个CPU核时,这些线程可以被自然地映射到这些核上。

7. 我不想要我没有得到的那些功能特性

我们已经看到,Go专注于我们所知道的使创建软件更容易、更适合现代计算机的内存和CPU架构的功能和工具。但是其他语言有而Go没有的功能特性呢?也许Go的开发者错过了,那些Go没有的特性能帮助开发者写出了更少错误、更容易维护的代码?好吧,研究人员的研究结果告诉我们,事实并非如此。

2017年一篇名为《Github中编程语言与代码质量的大规模研究》的论文,该论文研究了17种语言的729个项目、8000万行代码、2.9万名作者、150万次提交,并试图回答这个问题:编程语言对软件质量的影响是什么?他们的答案是,差别不大。

“值得注意的是,这些因语言设计而产生的微弱影响,绝大多数是由项目规模、团队规模和提交规模等过程因素主导的。”

另一组研究人员对这些数据进行了第二次研究,并在2019年做了一项名为“关于编程语言对代码质量的影响”的论文。他们的发现更令人惊讶:

“根据手头的数据,不仅无法建立编程语言和代码质量之间的因果关系,甚至它们之间的相关性也被证明是值得怀疑的。”

如果编程语言的选择并不重要,那为什么要选择Go?这些研究表明的是,流程很重要。工具、测试、性能和长期维护的便利性比时髦的功能特性更重要。如果使用得当,Go内置的工具支持更好的流程,同时提供久经考验的功能特性。

这并不是说新功能不好。在过去的几个世纪和几千年里,桥梁建设技术当然在不断进步。但是,你想成为第一个走过一座用全新的理念和未经测试的技术建造的桥梁吗?你会想等一下,让人们测试一下再采用。

软件也是如此。如果我们要建立像桥梁一样可靠的软件基础架构,我们就需要使用像物理基础架构一样经过充分测试和理解的软件技术。这就是为什么Go主要使用20世纪70年代设计的功能特性,我们知道它们是有效的。

Go很无聊….其实它妙不可言。让我们都来用它来构建明天的精彩应用吧。

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